生物医学电源模型和三维问题

生物医学电源模型和三维问题第一页，共二十一页，编辑于2023年，星期日第一节生物电信号源的偶极子模型（DipoleModelforBio-electro-signalSource）

理论上，任何细胞的兴奋都会产生电现象。现在研究得较多的有肌电（心肌、骨骼肌和平滑肌）现象和神经系统（中枢和外周神经系统、自主神经系统、诱发）电现象。本章将以用得最广的心肌电现象进行说明。第二页，共二十一页，编辑于2023年，星期日一、生物电现象

细胞受到刺激兴奋时，细胞内外电位差发生变化，离子通道开放，产生通过通道的电解质传导电流，另外还有由于细胞内外电位差发生变化而产生的位移电流。

第三页，共二十一页，编辑于2023年，星期日二、生物电偶极子

第四页，共二十一页，编辑于2023年，星期日三、心电偶极子和Einthoven学说在研究人体电现象时，有解剖坐标系（对象为参照）和几何坐标系（观察者为参照）。Einthoven学说是把整个心脏的电活动等效于一个空间心电偶极子P。把双极肢体导联I、II、III看成人体正面（frontalview）一个等边三角形，称为Einthoven三角形。第五页，共二十一页，编辑于2023年，星期日第二节传输介质和导联系统

（TrasmissionMediaandLeadSystm）

一、信号源和传输介质特性(一)生物医学信号源特性1．体扩展源特性（3Dextendedfeatureforbioelectrosignalsource）2．传播的局限性（propagationlimitation）3．宽带特性（widebandcharacteristics）第六页，共二十一页，编辑于2023年，星期日(二)生物医学信号传输介质特性1.非均匀性(inhomogeneity)

生物信号在体内的传播，是在非常不均匀的传输介质中的传播。

2.各向异性(anisotropy)

不但生物电信号源没有球对称性，体内传输介质也无球对称性。因此，在不同方向的测量，有不同的衰减，不同的相移，再加上介电常数的频散特性，使之对信号的不同成分也有不同的衰减和相移，因而即使是在对称方向测量的信号也可能并不具有对称性。

第七页，共二十一页，编辑于2023年，星期日(三)测量的近场性生物医学信号的测量实践，都是在靠近非对称的扩展信号源很近的距离上完成的。不满足电偶极子近似的条件，更不满足点源的条件。体表测量的信号主要反映其附近的组织的状态（正常或病理）和特征。如要用心电信号反映后壁心肌梗塞要使用背部靠近左心室的电极（V8、V9）。因此，在心电、脑电测量中，采用多电极系统就成了一种自然的需要。第八页，共二十一页，编辑于2023年，星期日二、导联系统

(一)Wilson导联系统及其中心电端学说1．加压导联(augmentedleads)2．中心电端3.单极胸导联V1~V6六个单极胸导联的位置如图所示。

第九页，共二十一页，编辑于2023年，星期日三、心电信号波形和时间参量

1.心电信号波形的命名和意义电势不为0的各种形状的波形，从左到右（几何坐标系）分别称为P波（Pwave）、Q波（Qwave）、R波（Rwave）S波（Swave）、后三者合起来称为QRS复合波（QRScomplex）、往后为T波(Twave)、U波(Uwave)。心电信号各波形的生理意义为：P波为心房去极化波。QRS复合波为心室去极化波。T波为心室复极化波。

第十页，共二十一页，编辑于2023年，星期日2.心电信号波形的间期间期是重要的波形特征点间的时距（timespan）3.心电信号波形的时限所谓时限是指特征波形延续的时间长度，即波形的宽度。第十一页，共二十一页，编辑于2023年，星期日四、正交导联·空间向量心电图

一种组态的正交导联：X（X+与X－）：左右腋中线与V2所处的同一水平面（横面）的交点。Y（Y+与Y－）：通过锁骨中线与X轴正交的直线，电极置于该直线上的锁骨下缘和肋缘处。Z（Z+与Z－）：X、Y轴的交点的前胸与后背的对应位置的连线。规定X、Y、Z轴的方向为左、前、下为正,如图5-7。第十二页，共二十一页，编辑于2023年，星期日心电向量环的作法：实际上平面心电向量环就是平面李萨如图形。在临床上或心电学中心电向量环的作法如下：正面（frontal:额面）心电向量环：由测量的X、Y轴的心电信号合成。侧面（sagittal:矢状面）心电向量环：由测量的Y、Z轴的心电信号合成。水平面（horizontal:横面或冠壮面）心电向量环：由测量的X、Z轴的心电信号合成。空间心电向量环:可由测量的X、Y、Z轴的心电信号进行三维合成。计算机技术使心电向量环的绘制十分方便和稳定。第十三页，共二十一页，编辑于2023年，星期日五、导联阵·体表电位标测

前面已经论及，心电源是扩展源（extendedsource），且体表心电测量属于近场测量，再加上介质和场的非均匀性（Nonhomogeneity）、各向异性（anisotropy），致使心前区的电极主要反映电极附近的心肌的电活动，因此，就有了心前区电极阵的设计出现。第十四页，共二十一页，编辑于2023年，星期日第三节一维信号·参数测量(1DSignal-ParameterMeasurement)

一、基线校直（Baselinealignment）

在典型的心电信号图形中，一般认为P-R段和U-P段基本上处于0电势线。应该特别指出的是，由于心电信号的ST段的抬高或降低有重要的生理和临床诊断意义，因此，在心电信号处理中，要特别慎用高通滤波技术，因为高通滤波技术对ST段的状态（特别是电压值）有严重影响。还要指出的是，生物医学信号，特别是心电信号，基线并非对称轴，因此，在时域特征提取中要特别慎用去均值技术，因为去均值也对ST段的电压值有严重影响。第十五页，共二十一页，编辑于2023年，星期日二、QRS复合波的检测·R波的准确定位

在心电信号参数的计算机自动测量中，QRS位置的确定，特别是R波位置的准确测定是心电信号测量中的核心问题。下面介绍一种成功用于R波的位置的准确测定方法：最大一阶导数加最大值双重搜索算法。第十六页，共二十一页，编辑于2023年，星期日1．求一阶导数2．向前搜索一阶导数最大（绝对）值3．搜索局部一阶导数最大值4．R波峰位置和幅值的搜索5.P、Q、S、T波峰位置和幅值的搜索

(1)Q波峰位置和幅值的搜索

(2)P波峰峰位置和幅值的搜索

(3)S、T波峰位置和幅值的搜索第十七页，共二十一页，编辑于2023年，星期日四、时间测量

对于心电信号的时间测量，大概分为两类：一类叫间期（interval），另一类叫时限（duration。对于心电信号来说，一般首先确定QRS的位置，具体说是R波的位置，常选II或V5这样一些R波明显且直立导联。1.间期测量2.时限测量3.时段测量4．时间参数的计算第十八页，共二十一页，编辑于2023年，星期日五、幅值测量

在校正了基线的情况下，幅值测量很容易完成。如果采样序列，如ECS（n）已经校准，则某个特征点的值就是该点的幅值，两点的幅度差，也就是序列两点值之差。

六、波的形态分析第十九页，共二十一页，编辑于2023年，星期日第四节二维信号及合成(2DSignalandTheirSynthesis)一、二维信号的图形合成二、二维信号的线性数字合成三、二维数字信号的矢量合成1.二维数字信号的矢量（向量）合成算法2.信号的矢量合成改变了频率的分布特性3